أحدث التطورات والتطبيقات لبروتوكول الإجماع في البلوكتشين

تعتبر تقنية البلوكتشين كتمثيل لتقنية دفتر الأستاذ الموزع غير المركزي، حيث يكمن جوهرها في آلية الإجماع. تؤثر أداء آلية الإجماع بشكل مباشر على قابلية توسيع وأمان نظام البلوكتشين. في السنوات الأخيرة، أصبحت آلية الإجماع التي تعتمد على التسامح مع الأخطاء البيزنطية (BFT) نقطة بحث ساخنة بسبب مزاياها في التعامل مع تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد.

النماذج والتعريفات

في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تكون هناك f عمليات قد تتعرض للتخريب الخبيث. تتواصل العمليات عبر قنوات غير متزامنة، وتأخير نقل الرسائل غير متوقع. تمتلك كل عملية زوجاً من المفاتيح العامة والخاصة لضمان صحة الرسائل وسلامتها.

متطلبات إجماع البلوكتشين

يجب أن يلبي بروتوكول إجماع البلوكتشين المتطلبات الأساسية التالية:

1. النشاط: تأكد من وجود بلوكتشين محددة غير محدودة طويلة في التنفيذ غير المحدود.
2. التناسق: ضمان أن أي سلسلتين تم تحديدهما في البلوكتشين، يجب أن تكون إحداهما سابقة للأخرى.
3. الجودة: ضمان أن النسبة المئوية للمعاملات المدخلة من العقد الصادقة في البلوكتشين المحددة مسبقًا لا تقل عن العتبة المحددة.

التحديات الحالية لبروتوكول الإجماع غير المتزامن

حالياً، تُعتبر VABA ثنائية السلسلة أسرع بروتوكول إجماع غير متزامن، مع تأخير متوقع يبلغ 9.5δ. ومع ذلك، أظهرت الدراسات أن هذا البروتوكول يعاني من مجموعة متنوعة من الثغرات الأمنية، مما قد يؤدي إلى تدمير الاتساق والنشاط. تشمل هذه المشكلات عدم كفاية فحص المصادقة، واستراتيجيات الاستغلال التي تعوق النشاط، وتعريفات المصادقة للقيادة التي تُعتبر فضفاضة للغاية.

تصميم بروتوكول جديد: 2PAC

لحل مشكلة البروتوكول الحالي، قدم الباحثون بروتوكول 2PAC (الإجماع غير المتزامن ذو المرحلتين). يقوم هذا البروتوكول من خلال تبسيط وتحسين عملية الإجماع، بزيادة الأداء بشكل ملحوظ. يتضمن 2PAC نوعين فرعيين:

1. 2PAClean:

   • تحسين السعة بنسبة 90%، وتأخير متوقع قدره 9.5δ
   • تعقيد الرسالة O(n²)
   • تحسين الكفاءة من خلال تقليل التفاعلات والحسابات غير الضرورية

2. 2PACBIG:

   • أسرع بروتوكول إجماع للبلوكتشين تحت تعقيد O(n³)
   • في حالة عدم وجود أعطال، وقت تشغيل MVBA لمرة واحدة هو فقط 4δ

خط إنتاج كتلة فائق السرعة

اقترح الباحثون أيضًا تصميمًا جديدًا لكتلة خط الأنابيب، مما يقلل بشكل كبير من تأخير كتلة خط الأنابيب. من خلال إدخال آلية المسار السريع، قد يكون وقت اتخاذ القرار لكتلة خط الأنابيب تحت جدولة عادلة أقل حتى من كتلة غير خط الأنابيب. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بالعمليات المعيبة.

تقييم الأداء

تحليل نظري واختبارات عملية تشير إلى:

• 2PAClean أسوأ حالة متوقعة تأخير 9.5δ، حالة جيدة 6δ
• 2PAClean معدل نقل البيانات أفضل من السMVBA التقليدية بنسبة 80%-100%
• 2PACBIG مدة تشغيل MVBA واحدة 4δ، وهي الأسرع حالياً
• تصميم خط الأنابيب فائق السرعة يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان زمن اتخاذ القرار لكتلة الأنابيب بمقدار 4δ و 3δ على التوالي

تظهر التقييمات الحسابية أن 2PAClean و 2PACBIG يقدمان أداءً ممتازًا في ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في بيئات ذات تأخير مرتفع ومعدل فشل مرتفع.

اتجاهات البحث المستقبلية

1. تم تحسين البروتوكول بشكل أكبر، مما يقلل من تكاليف نقل الرسائل والحساب.
2. تحليل عميق لأمان البروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة
3. تطبيق البروتوكول الجديد على أنظمة البلوكتشين الفعلية، والتحقق من أداء البيئة الشبكية الحقيقية

مع تطور تكنولوجيا البلوكتشين، ستلعب بروتوكولات الإجماع BFT غير المتزامنة دورًا متزايد الأهمية في ضمان الأمان وزيادة الأداء. تُظهر تصاميم 2PAC وكتل خطوط الإنتاج السريعة للغاية اتجاه تطوير بروتوكولات الإجماع للبلوكشين في المستقبل: من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع، لتحقيق إنتاجية أعلى وزمن استجابة أقل. توفر هذه الابتكارات أفكارًا جديدة لتحقيق بروتوكولات إجماع البلوكتشين بكفاءة وأمان، ومن المتوقع أن تدفع تكنولوجيا البلوكتشين للعب دور أكبر في الاقتصاد الرقمي في المستقبل.